JP2012199164A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水循環手段に滞留する冷却水を確実に排出することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給手段１１と、原燃料ガス供給手段１１からの原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器２と、改質器２にて水蒸気改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池４と、燃料電池４を冷却するための冷却水循環手段５６と、燃料電池４のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段２６とを備えた燃料電池システム。カソード空気供給手段２６はカソード空気ブロア３０を有し、カソード空気ブロア３０からの空気を用いて冷却水循環手段５６に滞留する冷却水を排出する。カソード空気ブロア３０に代えて、燃焼空気ブロア２２を用い、燃焼空気ブロア２２からの空気を利用するようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を冷却する冷却水を循環するための冷却水循環手段を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池システムの一例として、燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給手段と、燃料ガス及び酸化材（例えば、空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、燃料電池を冷却するための冷却水循環手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池システムでは、燃料ガス供給手段からの燃料ガスが燃料電池のアノード側に供給される。また、この燃料電池のカソード側には、カソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段が設けられ、カソード空気供給手段はカソード空気ブロアを有し、カソード空気ブロアからの空気が燃料電池のカソード側に供給される。冷却水循環手段は、冷却水を貯める冷却水タンクと、水を燃料電池を通して循環する冷却水循環ラインと、冷却水循環ラインに配設された冷却水ポンプとを備え、冷却水ポンプによって、冷却水タンク内の冷却水が冷却水循環ラインを通して循環され、これによって、燃料電池が冷却水により冷却される。

特開平１１−２７３７０５号公報

この燃料電池システムでは、冷却水循環ラインの冷却水を回収するときには、冷却水ポンプが作動され、この冷却水ポンプの作用によって、冷却水循環ラインに残留する冷却水が冷却水タンクに回収される。

しかしながら、このような冷却水の回収では、単に、冷却水ポンプを作動させて回収するのみであるから、冷却水を確実に回収することができない。即ち、冷却水循環ラインの回路構成が複雑で湾曲した部位が存在する場合、冷却水ポンプを作動させるのみではこの湾曲した部位に冷却水が滞留し、滞留した冷却水を回収することができない。

燃料電池システムには、この冷却水の他に、燃料ガスのもとになる原燃料ガスを改質するための水が用いられており、この改質用の水についても、単に水ポンプを作動させても水供給手段に滞留した水を確実に排出することができない。また、燃料電池の排熱を温水として貯えるための水が用いられており、この排熱回収用の水についても、単に循環ポンプを作動させても排熱回収装置に滞留した水を確実に排出することができない。更に、燃料ガスを改質するための水を生成するために処理する処理水が用いられており、この処理水についても、単に処理水ポンプを作動させても水処理手段に滞留する処理水を確実に排水することができない。

本発明の目的は、冷却水循環手段に滞留する冷却水を確実に排出することができる燃料電池システムを提供することである。

本発明の他の目的は、システムに用いる各種水を確実に排出することができる燃料電池システムを提供することである。

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給手段と、前記原燃料ガス供給手段からの原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて水蒸気改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、前記改質器に燃焼用空気を供給するための燃焼空気供給手段と、を備え、前記カソード空気供給手段はカソード用空気を供給するためのカソード空気ブロアを有し、前記燃焼空気供給手段は燃焼用空気を供給するための燃焼空気ブロアを有している燃料電池システムであって、
前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記カソード空気供給手段及び／又は前記燃焼空気供給手段と前記冷却水循環手段とは空気送給ラインを介して接続され、前記空気送給ラインに開閉弁が配設されており、前記冷却水循環手段に滞留した冷却水を排出するときには、前記開閉弁が開状態に切り換えられ、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記空気送給ラインを介して前記冷却水循環手段に送給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムでは、前記燃料電池に関連して、前記冷却水循環手段からの排熱を温水として回収するための排熱回収装置が設けられ、前記排熱回収装置は、熱交換により排熱を回収するための熱交換器と、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器を通して循環するための貯湯循環ラインとを備えており、前記貯湯循環ラインに滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記貯湯循環ラインに送給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムでは、前記改質器に関連して、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を前記改質器に供給するための水供給手段が設けられており、前記水供給手段に滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記水供給手段に送給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムでは、前記水供給手段に関連して、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を処理するための水処理手段が設けられ、前記水処理手段は、水を貯める水タンクと、水を純水処理するための純水処理手段と、前記水タンクの水を純水処理手段を通して循環するための水処理ラインとを備え、前記水タンクの水が原燃料ガスを水蒸気改質するために前記改質器に供給されるように構成されており、前記水処理手段の前記水処理ラインに滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記水処理ラインに送給されることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、を備え、前記カソード空気供給手段はカソード用空気を供給するためのカソード空気ブロアを有する燃料電池システムであって、
前記カソード空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする。

更に、本発明の請求項７に記載の燃料電池システムでは、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給手段と、前記原燃料ガス供給手段からの原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて水蒸気改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、前記改質器に燃焼用空気を供給するための燃焼空気供給手段と、を備え、前記燃焼空気供給手段は燃焼用空気を供給するための燃焼空気ブロアを有する燃料電池システムであって、
前記燃焼空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、燃料電池の冷却水循環手段に滞留する冷却水を除去する際に、カソード空気ブロア（及び／又は燃焼空気ブロア）からのカソード用空気（及び／又は燃料用空気）がこの冷却水循環手段に送給されるので、かかる空気の流れによって冷却水が吹き飛ばされ、これによって、冷却水循環手段に滞留する冷却水を確実に排出することができる。

このような冷却水循環手段の水抜きは、例えば、製造出荷段階で行うようにしてもよく、或いはシステムの稼働運転時に水抜きモードの運転を設定し、この水抜きモードの運転において冷却水を排水するようにしてもよい。

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムによれば、カソード空気供給手段（及び／又は燃焼空気供給手段）と冷却水循環手段とが空気送給ラインを介して接続されているので、この空気送給ラインの開閉弁を開状態にすることによって、カソード空気ブロア（及び／又は燃焼空気ブロア）からのカソード用空気（及び／又は燃焼用空気）が空気送給ラインを介して冷却水循環手段に送給され、これによって、冷却水循環手段に滞留した冷却水を簡単な制御でもって排水することができる。例えば、長期にわたって不在にするとき、或いは寒い時期に稼働停止するときなどに水抜きモードの運転をすることによって、冷却水循環手段の滞留する冷却水を簡単に且つ確実に排水することができる。

また、本発明の請求項３に記載の燃料電池システムによれば、冷却水循環手段からの排熱を温水として回収するための排熱回収装置が設けられ、排熱回収装置の貯湯循環ラインに滞留する水を排出する際には、カソード空気ブロア（及び／又は燃焼空気ブロア）からの空気が貯湯循環ラインに送給されるので、このカソード空気（及び／又は燃料空気）の流れによって、貯湯循環ラインに滞留する水が吹き飛ばされ、これによって、貯湯循環ラインに滞留する水を確実に排出することができる。

また、本発明の請求項４に記載の燃料電池システムによれば、原燃料ガスを水蒸気改質するための水（以下、「改質用水」とも称する）を改質器に供給するための水供給手段が設けられ、水供給手段に滞留する水を排出する際には、カソード空気ブロア（及び／又は燃焼空気ブロア）からの空気が水供給手段に送給されるので、このカソード用空気（及び／又は燃料用空気）の流れによって、水供給手段に滞留する水が吹き飛ばされ、これによって、水供給手段に滞留する水を確実に排水することができる。

また、本発明の請求項５に記載の燃料電池システムによれば、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を処理するための水処理手段が設けられ、水処理手段の水処理ラインに滞留する水を排出する際には、カソード空気ブロア（及び／又は燃焼空気ブロア）からの空気が水処理ラインに送給されるので、このカソード用空気ブロア（及び／又は燃焼用空気）の流れによって水処理ラインに滞留する水を吹き飛ばすことができ、これによって、水処理ラインに滞留する水を確実に排出することができる。

また、本発明の請求項６に記載の燃料電池システムによれば、燃料電池の冷却水循環手段に滞留する冷却水を除去する際に、カソード空気ブロアからのカソード用空気がこの冷却水循環手段に送給されるので、かかる空気の流れによって滞留する冷却水が吹き飛ばされ、これによって、冷却水循環手段に滞留する冷却水を確実に排出することができる。このような燃料電池システムにおいては、燃料ガス供給手段からは水素を含む燃料ガスが供給され、この燃料ガスが改質されることなく直接的に燃料電池に供給され、このようなシステムにおいては、カソード空気ブロアから供給されるカソード用空気を利用して冷却水を吹き飛ばすようになる。

更に、本発明の請求項７に記載の燃料電池システムによれば、燃料電池の冷却水循環手段に滞留する冷却水を除去する際に、燃焼空気ブロアからの燃焼用空気がこの冷却水循環手段に送給されるので、かかる空気の流れによって滞留する冷却水が吹き飛ばされ、これによって、冷却水循環手段に滞留する冷却水を確実に排出することができる。

本発明に従う燃料電池システムの第１実施形態を示す簡略図。 図１の燃料電池システムにおける水抜きモードの運転の流れを示すフローチャート。 本発明に従う燃料電池システムの第２の実施形態を示す簡略図。 図３の燃料電池システムにおける水抜きモードの運転の流れを示すフローチャート。 本発明に従う燃料電池システムの第３の実施形態を示す簡略図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う燃料電池システムの各種実施形態ついて説明する。

〔第１の実施形態〕
図１及び図２を参照して、本発明に従う燃料電池システムの第１の実施形態について説明する。図１において、図示の燃料電池システムは、原燃料ガス（例えば、都市ガス、ＬＰガスなど）を改質する改質器２と、発電を行う燃料電池４と、燃料電池４の排熱を温水として回収するための排熱回収装置６とを備えている。尚、この実施形態では、排熱回収装置６を備えたものに適用して説明しているが、排熱回収装置６を省略した燃料電池システムにも同様に適用することができる。

改質器２は燃焼器８を備え、燃焼器８の燃焼による熱を利用して原燃料ガスの水蒸気改質が行われる。改質器２内には、水蒸気改質を促進するための改質触媒が充填されている。この改質器２は、原燃料ガス供給ライン１０を介して原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給源（図示せず）（例えば、燃料ガスタンク、燃料ガスが流れる埋設管など）に接続されている。原燃料ガス供給ライン１０にはガス開閉弁１２及び燃料ポンプ１４が配設され、また燃料ポンプ１４の下流側には燃料ガス分岐ライン１６が設けられ、この燃料ガス分岐ライン１６の一端側（上流側）は原燃料ガス供給ライン１０に接続され、その他端側（下流側）は燃焼器８に接続されている。このように構成されているので、原燃料ガス供給源、原燃料ガス供給ライン１０及び燃料ポンプ１４などが原燃焼ガスを供給するための燃料ガス供給手段１１を構成し、燃料ポンプ１４が作動してガス開閉弁１２が開状態に保持されると、原燃料ガス供給源からの原燃料ガスが、燃料ポンプ１４によって昇圧されて原燃料ガス供給ライン１０を介して改質器２に供給されるとともに、燃料ガス分岐ライン１６を介して改質器２の燃焼器８に供給される。

改質器２の燃焼器８に関連して、燃焼用空気を燃焼器８に供給するための燃焼空気供給手段１８が設けられている。燃焼空気供給手段１８は燃焼空気供給ライン２０を備え、この燃焼空気供給ライン２０が燃料ガス分岐ライン１６に接続されている。燃焼空気供給ライン２０には燃焼空気ブロア２２が配設され、この燃焼空気ブロア２２が作動すると、燃焼用空気が燃焼空気供給ライン２０及び燃料ガス分岐ライン１６を通して改質器２の燃焼器８に供給され、この燃焼用空気を用いて燃料ガス分岐ライン１６を通して供給される燃料ガスが燃焼され、この燃焼熱により改質器２が加熱される。

図示の燃料電池４は、例えば固体分子形燃料電池から構成され、そのアノード側が改質燃料ガス送給ライン２４を介して改質器２に接続され、そのカソード側がカソード空気供給手段２６に接続されている。カソード空気供給手段２６はカソード空気供給ライン２８を備え、このカソード空気供給ライン２８が燃料電池４のカソード側に接続されている。このカソード空気供給ライン２８には、カソード空気ブロア３０が設けられている。このように構成されているので、改質器２にて後述するようにして水蒸気改質された改質燃料ガスは、改質燃料ガス送給ライン２４を通して燃料電池４のアノード側に送給される。また、カソード空気ブロア３０が作動すると、酸化材としてのカソード用空気がカソード空気供給ライン２８を通して燃料電池４のカソード側に供給される。

燃料電池４は複数の燃料電池セル（図示せず）を備え、燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する電解質膜を備え、この電解質膜の片側にアノードが設けられ、その他側にカソードが設けられている。この燃料電池４のアノード側に改質燃料ガスが送給され、そのカソード側に空気が供給され、改質燃料ガス及び酸化材としての空気（空気中の酸素）の酸化及び還元によって発電が行われる。

この実施形態では、改質器２に関連して、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を供給するための水供給手段３２が設けられている。水供給手段３２は水供給ライン３４を備え、水供給ライン３４に水ポンプ３６が配設されている。

また、この水供給手段３２に関連して、水処理手段３８が配設されている。水処理手段３８は、水を貯める水タンク４０を備え、この水タンク４０に水処理ライン４８が接続され、この水処理ライン４８に、水を純粋処理するための純水処理手段５０及び処理水ポンプ５２が配設され、純水処理手段５０は、イオン交換により純粋処理するイオン交換樹脂を備えている。このように構成されているので、処理水ポンプ５２が作動すると、水タンク４０内の水が水処理ライン４８を通して流れ、純水処理手段５０により純水処理された後に水タンク４０に戻る。この水タンク４０にはオーバーフロー部５１が設けられ、水タンク４０の貯め空間４４がオーバーフロー部５１を介して外部に開放されている。従って、水タンク４０の水位が上昇すると、このオーバーフロー部５１から水が排出される。尚、水タンク４０には排出部５３が設けられ、水タンク４０内の水は、この排出部５３を通して排出することができる。

この形態では、水供給ライン３４の一端側は水タンク４０に接続され、その他端側が改質器２に接続されている。従って、水ポンプ３６が作動すると、水タンク４０内の水（純水）が水供給ライン３４を通して改質器２に供給され、この改質器２において、この水が気化して生成される水蒸気により原燃料ガス供給ライン１０を通して供給される原燃料ガスが水蒸気改質され、水蒸気改質された改質燃料ガスが上述したように燃料電池４に送給される。

また、この燃料電池４には、更に、燃料電池４を冷却するための冷却水循環手段５６が設けられている。冷却水循環手段５６は、燃料電池４を通して循環する冷却水循環ライン５８を備え、その一端側が水タンク４０の底部に接続され、その他端側が水タンク４０に接続されている。この冷却水循環ライン５８には、冷却水ポンプ６０及び熱交換により排熱を回収するための熱交換器６２（排熱回収装置６の一部を構成する）が配設されている。このように構成されているので、水タンク４０の水は冷却水としても利用され、冷却水ポンプ６０が作動すると、水タンク４０内の水が冷却水循環ライン５８を通して循環される間に燃料電池４を冷却し、また熱交換器６２において熱交換された後に水タンク４０に戻される。そして、かく戻された水（冷却水）は、水処理ライン４８を通して循環される間に純水処理手段５０により純水処理される。

この燃料電池４のアノードからの反応燃料ガス（アノードで使用されなかった水素ガスを含む）は、反応ガス送給ライン６４を通して改質器２の燃焼器８に送給され、燃料ガス分岐ライン１６を通して供給される原燃料ガスとともに燃焼される。

次に、排熱回収装置６について説明すると、図示の排熱回収装置６は、排熱を温水として貯えるための貯湯タンク６６と、貯湯タンク６６内の水を熱交換器６２を通して循環する貯湯循環ライン６８とを備え、この貯湯循環ライン６８に循環ポンプ７０が配設されている。貯湯循環ライン６８の一端側は貯湯タンク６６の底部に接続され、この一端部に第１貯湯開閉弁７２が配設され、また貯湯循環ライン６８の他端側は貯湯タンク６６の上端部に接続され、この他端部に第２貯湯開閉弁７４が配設されている。このように構成されているので、第１及び第２貯湯開閉弁７２，７４が開状態のときに循環ポンプ７０が作動すると、貯湯タンク６６内の底部の水が貯湯循環ライン６８及び熱交換器６２を通して流れ、この熱交換器６２において、冷却水循環ライン５８を流れる冷却水との間で熱交換され、熱交換により加温された温水が貯湯循環ライン６８を通して貯湯タンク６６の上端部から貯められる。

この燃料電池システムでは、更に、冷却水循環手段５６に滞留する水を排出するために、次のように構成されている。この形態では、カソード用空気を供給するカソード空気供給ライン２８から分岐して空気送給ライン７６が設けられ、この空気送給ライン７６が冷却水循環ライン５８の上流側部（具体的には、水タンク４０の下流側部位）に接続され、この空気送給ライン７６に開閉弁７８が配設されている。このように構成されているので、開閉弁７８が開状態になると、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気は、カソード空気供給ライン２８を通して流れ、カソード空気供給ライン２８を流れる空気の一部が空気送給ライン７６を通して冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に送給される。

この燃料電池システムにおける冷却水循環手段５６の水抜きは、例えば、図２に示すフローチャートの流れに従って行われる。水抜きを行うには、水抜きモードの運転を設定する（ステップＳ１）。このように設定すると、システムの運転が終了しているときには、ステップＳ２からステップＳ３に進み、水抜きモードの運転が行われる。また、システムの運転が終了していないときには、このシステムの運転が終了した後にステップＳ３に進み、水抜き運転が行われる。

この水抜き運転においては、カソード空気ブロア３０が作動され（ステップＳ３）、更に開閉弁７８が開状態に切り換えられる（ステップＳ４）。このような状態になると、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気の一部が空気送給ライン７６を通して冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に送給され、このように送給された空気は、冷却水循環ライン５８を通して水タンク４０に流れる。従って、冷却水循環ライン５８に滞留する冷却水は、カソード空気ブロア３０からの空気流によって吹き飛ばされて水タンク４０に回収され、かくして、冷却水循環ライン５８に滞留する冷却水を確実に排出することができる。尚、水タンク４０にはオーバーフロー部５１が設けられているので、この水タンク４０に流れたカソード用空気及び冷却水は、このオーバーフロー部５１から外部に排出される。

この水抜きの運転は、冷却水の排出が終了するまでの所定時間（例えば、２０〜３０分程度）行われる。そして、所定時間経過すると、ステップＳ５からステップＳ６に進み、カソード空気ブロア３０の作動が停止して冷却水循環ライン５８へのカソード用空気の送給が終了する。また、開閉弁７８が閉状態に切り換えられ（ステップＳ７）、空気送給ライン７６と冷却水循環ライン５８との連通状態が遮断され、このようにして冷却水循環手段５６の水抜き運転が終了する。

上述した第１の実施形態では、カソード空気供給ライン２８と空気送給ライン７６との接続部にバルブなどは設けていないが、この接続部に例えば三方弁を設けるようにしてもよく、この場合、三方弁が第１の状態にあるときには、カソード空気供給ライン２８の上流側部とその下流側部とが連通状態となり、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気が燃料電池４のカソード側に供給され、またこの三方弁が第２の状態にあるときには、カソード空気ライン２８の上流側部と空気送給ライン７６とが連通状態となり、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気がカソード空気ライン２８及び空気送給ライン７６を通して冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に送給されるようにしてもよい。

また、上述の第１の実施形態では、水抜きモードの運転において、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気を冷却水循環手段５６に送給するようにしているが、このような構成に代えて、燃焼空気ブロア２２からの燃焼用空気を冷却水循環手段５６に送給するようにしてもよく、この場合、燃焼空気供給ライン２０から分岐して空気送給ライン（この空気送給ラインには、上述したと同様に、開閉弁が設けられる）を設け、この空気送給ラインを冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に接続するようにすればよい。或いは、カソード空気ブロア３０及び燃焼空気ブロア２２からのカソード用空気及び燃焼用空気を冷却水循環手段５６に送給するようにしてもよく、この場合、カソード空気供給ライン２８から分岐した空気送給ライン７６及び燃焼空気供給ライン２０から分岐した空気送給ラインを冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に接続するようにすればよい。

また、上述した第１の実施形態では、水抜きモードの運転においては、カソード空気ブロア３０を作動させてカソード用空気により冷却水循環ライン５８に滞留する冷却水を吹き飛ばしているが、必要に応じて、このようなカソード用空気による吹き飛ばしの前に、冷却水ポンプ６０を作動させて冷却水循環ライン５８に存在する冷却水を水タンク４０に回収するようにしてもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、図３及び図４を参照して、本発明に従う燃料電池システムの第２の実施形態について説明する。尚、以下の実施形態において、上述の第１の実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図３において、この第２の実施形態においては、冷却水循環手段５６に加えて、排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８、水供給手段３２の水供給ライン３４及び水処理手段３８の水処理ライン４８に滞留する水を排出するように構成されている。即ち、カソード空気供給手段２６のカソード空気供給ライン２８に空気送給ライン７６が接続され、この空気送給ライン７６Ａに主開閉弁８２が配設されている。

また、この空気送給ライン７６Ａから分岐して第１分岐送給ライン８４、第２分岐送給ライン８６、第３分岐送給ライン８８及び第４分岐送給ライン９０が設けられている。第１分岐送給ライン８４は、冷却水循環手段５６に関連して設けられ、冷却水循環ライン５８の上流側部（具体的には、水タンク４０の下流側部位）に接続され、この第１分岐送給ライン８４に第１開閉弁９２が配設されている。従って、主開閉弁８２及び第１開閉弁９２が開状態に保持されると、カソード空気ブロア３０からカソード空気供給ライン２８を流れるカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第１分岐送給ライン８４を通して冷却水循環ライン５８に送給される。

また、第２分岐送給ライン８６は、排熱回収装置６に関連して設けられ、貯湯循環ライン６８の上流端部（具体的には、貯湯タンク６６の下流側部であって、第１貯湯開閉弁７２の下流側部）に接続され、この第２分岐送給ライン８６に第２開閉弁９４が配設されている。従って、主開閉弁８２及び第２開閉弁９４が開状態に保持されると、カソード空気供給ライン２８を流れるカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第２分岐送給ライン８６を通して貯湯循環ライン６８に送給される。この貯湯循環ライン６８の下流側部（具体的には、貯湯タンク６６の上流側部であって、第２貯湯開閉弁７４の上流側部）には、第１排出ライン９６が接続され、この貯湯排出ライン９６に第１排出弁９８が配設され、この第１排出弁９８が開状態になると、貯湯循環ライン６８内の水が第１排出ライン９６を通して外部に排水される。

また、第３分岐送給ライン８８は、水供給手段３２に関連して設けられ、水供給ライン３４の上流側部（具体的には、水タンク４０の下流側部）に接続され、この第３分岐送給ライン８８に第３開閉弁１００が設けられている。従って、主開閉弁８２及び第３開閉弁１００が開状態になると、カソード空気供給ライン２８を流れるカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第３分岐送給ライン８８を通して水供給ライン３４に送給される。水供給ライン３４の下流側部（具体的には、改質器２の上流側部）には水排出ライン１０２が接続され、この水排出ライン１０２に第２排出弁１０４が配設され、この第２排出弁１０４が開状態になると、水供給ライン３４内の水が水排出ライン１０２を通して外部に排出される。

更に、第４分岐送給ライン９０は、水処理手段３８に関連して設けられ、水処理ライン４８の上流側部（具体的には、水タンク４０の下流側部）に接続され、この第４分岐送給ライン９０に第４開閉弁１０６が配設されている。従って、主開閉弁８２及び第４開閉弁１０６が開状態になると、カソード空気供給ライン２８を流れるカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第４分岐送給ライン９０を通して水処理ライン４８に送給される。

更に、水タンク４０の底部には第３排出ライン１０８が設けられ、この第３排出ライン１０８に第３排出弁１１０が配設され、第３排出弁１１０が開状態になると、水タンク４０内の水が第３排出ライン１０８を通して外部に排水される。この第２の実施形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施形態と実質上同一である。

第２の実施形態の燃料電池システムにおける水抜きは、例えば、図４に示すフローチャートに従って行われる。水抜きを行うには、水抜きモードの運転を設定する（ステップＳ１１）。このように設定すると、第１の実施形態と同様に、システムの運転が終了した後にステップＳ１２からステップＳ１３に進み、水抜き運転が行われる。

この水抜き運転においては、カソード空気ブロア３０が作動され、主開閉弁８２が開状態となり（ステップＳ１３）、更に第１開閉弁９２が開状態となり（ステップＳ１４）、冷却水循環手段５６の水抜きが行われる。即ち、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第１分岐送給ライン８４を通して冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８の上流側部に送給され、このように送給された空気は、冷却水循環ライン５８を通して水タンク４０に流れる。従って、冷却水循環ライン５８に滞留する冷却水は、カソード空気ブロア３０からの空気流によって吹き飛ばされて水タンク４０に回収され、かくして、冷却水循環ライン５８に滞留する冷却水を確実に排出することができる。尚、上述したと同様に、水タンク４０に流れたカソード用空気及び冷却水は、このオーバーフロー部５１から外部に排出される。

この冷却水循環手段５６の水抜きは、冷却水の排出が終了するまでの所定時間（例えば、２０〜３０分程度）行われ、この所定時間が経過すると、ステップＳ１５からステップＳ１６に進み、第１開閉弁９２が閉状態となって冷却水循環手段５６における水抜きが終了する。

次に、ステップＳ１７に進み、排熱回収装置６の水抜きが行われる。即ち、カソード空気ブロア３０が作動状態に、また主開閉弁８２が開状態に保持された状態にて、第２開閉弁９４及び第１排出弁９８が開状態となる。このように開状態になると、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第２分岐送給ライン８６を通して排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８の上流側部に送給され、このように送給された空気は、貯湯循環ライン６８を下流側に流れ、第１排出ライン９６から外部に排出される（尚、このとき、第１及び第２貯湯開閉弁７２，７４は、閉状態に保持される）。従って、貯湯循環ライン６８に滞留する貯湯水は、カソード空気ブロア３０からの空気流によって吹き飛ばされて第１排出ライン９６を通して外部に確実に排出される。

この貯湯循環ライン６８の水抜きは、貯湯水の排出が終了するまでの所定時間（例えば、２０〜３０分程度）行われ、この所定時間が経過すると、ステップＳ１８からステップＳ１９に進み、第２開閉弁９４及び第１排出弁９８が閉状態となって排熱回収装置６における水抜きが終了する。

次いで、ステップＳ２０に進み、水供給手段３２の水抜きが行われる。即ち、カソード空気ブロア３０が作動状態に、また主開閉弁８２が開状態に保持された状態にて、第３開閉弁１００及び第２排出弁１０４が開状態となる。このように開状態になると、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第３分岐送給ライン８８を通して水供給手段３２の水供給ライン３４の上流側部に送給され、このように送給された空気は、水供給ライン３４を下流側に流れ、第２排出ライン１０２から外部に排出される。従って、水供給ライン３４に滞留する水は、カソード空気ブロア３０からの空気流によって吹き飛ばされて第２排出ライン１０２を通して外部に確実に排出される。

この水供給ライン３４の水抜きは、水の排出が終了するまでの所定時間（例えば、１０〜２０分程度）行われ、この所定時間が経過すると、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、第３開閉弁１００及び第２排出弁１０４が閉状態となって水供給手段３２における水抜きが終了する。

次に、ステップＳ２３に進み、水処理手段３８の水抜きが行われる。即ち、カソード空気ブロア３０が作動状態に、また主開閉弁８２が開状態に保持された状態にて、第４開閉弁１０６及び第３排出弁１１０が開状態となる。このように開状態になると、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ａ及び第４分岐送給ライン９０を通して水処理手段３８の水処理ライン４８の上流側部に送給され、このように送給された空気は、水処理ライン４８を下流側に水タンク４０に流れる。従って、水処理ライン４８に滞留する水は、カソード空気ブロア３０からの空気流によって吹き飛ばされて水タンク４０に回収される。また、水タンク４０の貯め空間４４内の水は、第３排出ライン１０８を通して外部に排出される。

この水処理手段３８の水抜きは、水の排出が終了するまでの所定時間（例えば、２０〜３０分程度）行われ、この所定時間が経過すると、ステップＳ２４からステップＳ２５に進み、第４開閉弁１０６及び第３排出弁１１０が閉状態となって水処理手段３８における水抜きが終了する。

このようにして全ての水抜き部位についての水抜きが終了すると、ステップＳ２６に進み、カソード空気ブロア３０が作動停止し、また主開閉弁８２が閉状態になり、水抜きモードの運転が終了する。

この第２の実施形態では、冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８、排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８、水供給手段３２の水供給ライン３４及び水処理手段３８の水処理ライン４８に滞留する水を排出するように構成しているが、これら全ての水抜きを行う必要はなく、冷却水循環手段５６の冷却水循環ライン５８、排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８、水供給手段３２の水供給ライン３４及び水処理手段３８の水処理ライン４８のうちの任意の一つ又は任意の二つ、或いは任意の三つを行うようにしてもよい。

上述した第２の実施形態では、空気送給ライン７６Ａに主開閉弁８２を設けているが、このような構成に代えて、空気送給ライン７６Ａとカソード空気供給ライン２８との接続部に例えば三方弁を設けるようにしてもよく、この場合、三方弁が第１の状態にあるときには、カソード空気供給ライン２８の上流側部とその下流側部とが連通状態となり、またこの三方弁が第２の状態にあるときには、カソード空気ライン２８の上流側部と空気送給ライン７６Ａとが連通状態となるように構成することができる。

また、上述した第１の実施形態では、水抜きモードの運転においては、カソード空気ブロア３０を作動させてカソード用空気により冷却水循環ライン５８（及び貯湯循環ライン６８、水供給ライン３４、水処理ライン４８）に滞留する水を吹き飛ばしているが、必要に応じて、このようなカソード用空気による吹き飛ばしの前に、冷却水ポンプ６０（及び循環ポンプ７０、水ポンプ３６、処理水ポンプ５２）を作動させて冷却水循環ライン５８（及び貯湯循環ライン６８、水供給ライン３４、水処理ライン４８）に存在する水を排水するようにしてもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、図５を参照して第３の実施形態の燃料電池システムについて説明する。この第３の実施形態においては、カソード空気ブロア３０に代えて、燃焼用空気を供給するための燃焼空気ブロア２２からの燃焼用空気を用いて水を排出している。

図５において、この第３の実施形態においては、燃焼空気ブロア２２からの燃焼用空気を用いて冷却水循環手段５６、排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８、水供給手段３２の水供給ライン３４及び水処理手段３８の水処理ライン４８に滞留する水を排出するように構成されている。即ち、燃焼空気供給手段１８の燃焼空気供給ライン２０に空気送給ライン７６Ｂが接続され、この空気送給ライン７６Ｂに主開閉弁８２Ｂが配設されている。

この空気送給ライン７６Ｂから分岐して第１分岐送給ライン８４Ｂ、第２分岐送給ライン８６Ｂ、第３分岐送給ライン８８Ｂ及び第４分岐送給ライン９０Ｂが設けられている。第１分岐送給ライン８４Ｂは、冷却水循環手段５６に関連して設けられ、冷却水循環ライン５８の上流側部に接続され、この第１分岐送給ライン８４Ｂに第１開閉弁９２が配設されている。従って、主開閉弁８２Ｂ及び第１開閉弁９２が開状態に保持されると、燃焼空気ブロア２２から燃焼空気供給ライン２０を流れる燃焼用空気の一部が空気送給ライン７６Ｂ及び第１分岐送給ライン８４Ｂを通して冷却水循環ライン５８に送給される。

また、第２分岐送給ライン８６Ｂは、排熱回収装置６に関連して設けられ、貯湯循環ライン６８の上流端部に接続され、この第２分岐送給ライン８６Ｂに第２開閉弁９４が配設されている。従って、主開閉弁８２Ｂ及び第２開閉弁９４が開状態に保持されると、燃焼空気供給ライン２０を流れる燃焼用空気の一部が空気送給ライン７６Ｂ及び第２分岐送給ライン８６Ｂを通して貯湯循環ライン６８に送給される。

また、第３分岐送給ライン８８Ｂは、水供給手段３２に関連して設けられ、水供給ライン３４の上流側部に接続され、この第３分岐送給ライン８８Ｂに第３開閉弁１００が設けられている。従って、主開閉弁８２Ｂ及び第３開閉弁１００が開状態になると、燃焼空気供給ライン２０を流れる燃焼用空気の一部が空気送給ライン７６Ｂ及び第３分岐送給ライン８８Ｂを通して水供給ライン３４に送給される。

更に、第４分岐送給ライン９０Ｂは、水処理手段３８に関連して設けられ、水処理ライン４８の上流側部に接続され、この第４分岐送給ライン９０Ｂに第４開閉弁１０６が配設されている。従って、主開閉弁８２Ｂ及び第４開閉弁１０６が開状態になると、燃焼空気供給ライン２０を流れるカソード用空気の一部が空気送給ライン７６Ｂ及び第４分岐送給ライン９０Ｂを通して水処理ライン４８に送給される。

この第３の実施形態のその他の構成は、上述した第２の実施形態と実質上同一であり、従って、燃焼空気ブロア２０からの燃焼用空気を用いて冷却水循環手段５６、排熱回収装置６の貯湯循環ライン６８、水供給手段３２の水供給ライン３４及び水処理手段３８の水処理ライン４８に滞留する水を排出することができ、第２の実施形態と同様の作用効果が達成される。

以上、本発明に従う燃料電池システムの各種実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

例えば、第２の実施形態においては、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気を利用して水抜きを行っており、また第３の実施形態においては、燃焼空気ブロア２２からの燃焼用空気を利用して水抜きを行っているが、このような構成に限定されず、カソード空気ブロア３０からのカソード用空気及び燃焼空気ブロア２２からの燃焼用空気の双方を利用して上述した水抜きを行うようにしてもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、空気送給ライン７６（７６Ａ，７６Ｂ）、主開閉弁８２（８２Ｂ）、第１〜第４分岐送給ライン８４，８６，８８，９０（８４Ｂ，８６Ｂ，８８Ｂ，９０Ｂ）及び第１〜第４開閉弁９２，９４，１００，１０６などを燃料電池システムに予め組み込んでいるが、例えば製造段階時或いはメンテナンス時に一時的に組み付けて上述した水抜きを行うようにしてもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、原燃料ガスとして都市ガス、ＬＰガスなどを用いて水蒸気改質して燃料電池に送る形態のものに適用して説明したが、このような形態のものに限定されず、原燃料ガスに代えて水素を含む燃料ガスを用いる形態のものにも同様に適用することができ、このような場合、水素を含む燃料ガスが直接的に燃料電池に送給され、燃料ガスを改質するための改質器及びこれに関連する構成要素（例えば、燃焼空気ブロアなど）は省略される。

２ 改質器
４ 燃料電池
６ 排熱回収装置
１８ 燃焼空気供給手段
２２ 燃焼空気ブロア
２６ カソード空気供給手段
３０ カソード空気ブロア
３２ 水供給手段
３４ 水供給ライン
３８ 水処理手段
４８ 水処理ライン
５６ 冷却水循環手段
５８ 冷却水循環ライン
６８ 貯湯循環ライン
７６，７６Ａ，７６Ｂ 空気送給ライン
７８ 開閉弁
８４，８４Ｂ，８６，８６Ｂ，８８，８８Ｂ，９０，９０Ｂ 第１〜第４分岐送給ライン
９２，９４，１００，１０６ 第１〜第４開閉弁

Claims (7)

1. 原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給手段と、前記原燃料ガス供給手段からの原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて水蒸気改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、前記改質器に燃焼用空気を供給するための燃焼空気供給手段と、を備え、前記カソード空気供給手段はカソード用空気を供給するためのカソード空気ブロアを有し、前記燃焼空気供給手段は燃焼用空気を供給するための燃焼空気ブロアを有している燃料電池システムであって、
   前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記カソード空気供給手段及び／又は前記燃焼空気供給手段と前記冷却水循環手段とは空気送給ラインを介して接続され、前記空気送給ラインに開閉弁が配設されており、前記冷却水循環手段に滞留した冷却水を排出するときには、前記開閉弁が開状態に切り換えられ、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記空気送給ラインを介して前記冷却水循環手段に送給されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池に関連して、前記冷却水循環手段からの排熱を温水として回収するための排熱回収装置が設けられ、前記排熱回収装置は、熱交換により排熱を回収するための熱交換器と、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を前記熱交換器を通して循環するための貯湯循環ラインとを備えており、前記貯湯循環ラインに滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記貯湯循環ラインに送給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記改質器に関連して、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を前記改質器に供給するための水供給手段が設けられており、前記水供給手段に滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記水供給手段に送給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
5. 前記水供給手段に関連して、原燃料ガスを水蒸気改質するための水を処理するための水処理手段が設けられ、前記水処理手段は、水を貯める水タンクと、水を純水処理するための純水処理手段と、前記水タンクの水を純水処理手段を通して循環するための水処理ラインとを備え、前記水タンクの水が原燃料ガスを水蒸気改質するために前記改質器に供給されるように構成されており、前記水処理手段の前記水処理ラインに滞留する水を排出するときには、前記カソード空気ブロア及び／又は前記燃焼空気ブロアからのカソード用空気及び／又は燃焼用空気が前記水処理ラインに送給されることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス供給手段からの燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、を備え、前記カソード空気供給手段はカソード用空気を供給するためのカソード空気ブロアを有する燃料電池システムであって、
   前記カソード空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする燃料電池システム。
7. 原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給手段と、前記原燃料ガス供給手段からの原燃料ガスを水蒸気改質するための改質器と、前記改質器にて水蒸気改質された改質燃料ガス及び酸化材の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水循環手段と、前記燃料電池のカソード側にカソード用空気を供給するためのカソード空気供給手段と、前記改質器に燃焼用空気を供給するための燃焼空気供給手段と、を備え、前記燃焼空気供給手段は燃焼用空気を供給するための燃焼空気ブロアを有する燃料電池システムであって、
   前記燃焼空気ブロアからの空気を用いて前記冷却水循環手段に滞留する冷却水を排出することを特徴とする燃料電池システム。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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